[发明专利]一种可动态调节的LED植物补光系统及动态调光方法

说明书

本发明涉及一种可动态调节的LED植物补光系统及动态调光方法，包括：RGBW补光灯、补光灯驱动单元、光照强度采集单元、植物生长监视单元、集中控制单元、种植智库。本发明利用植物生长监视单元、种植智库、光照强度采集单元，能够根据植物种类和生长阶段动态自动调整植物灯的光照强度、光质比、光周期和光照时间分布，能够根据光配方设定光照参数，包括光质组合、每种单一光质的光强、每种单一光质的运行周期和不同光质的交替周期，在不需要人工干预的情况下，自动判断植物的生长阶段，动态切换光配方，在每个生长阶段提供任意可控的光照条件，实现在不同植物促进植物生长，调控植物品质，实现高效培育。

技术领域

本发明涉及植物光照系统技术领域，特别涉及一种可动态调节的LED植物补光系统及动态调光方法。

背景技术

传统的种植方式受制于自然环境和种植技术，作物的产量和质量极为有限，并容易产生病虫害。随着工业化和城市化进程的加快，可用耕地面积在日益减少，农业从业人口紧缺。为了提高单位面积的耕地作物产物、减少病虫害和农药使用量，实行立体式种植以及利用家庭庭院的室内种植等，已经成为现代农业优先发展的技术。

植物生长照明系统是智慧大棚和植物工厂等室内种植中的重要单元，光照在植物光形态建成、质体分化和植物生长发育中具有关键作用，不仅是植物光合作用的推动力，更是植物生长的调控信号，通过激发相关基因表达来调节植物的生长发育过程，影响种植物产量和品质形成。植物体内存在一系列光受体，使得植物可以准确和及时地感应光环境的变化。植物补光系统可以对光环境的光照强度、光质配比、光照周期和光照时空分布进行全面、精细的调控，合理的光照调控策略不仅能显著改善植物品质，而且能有效降低光源能耗。

在光照强度方面：植物光合作用的强弱与光照强弱密切相关，随着光照强度增加，光合作用同化CO₂量与呼吸作用释放CO₂量相等的节点为光补偿点，光合作用不再随光强增加而增大的节点为光饱和点，不同植物有不同的光补偿点和光饱和点。果蔬类对光照强度要求较高，根菜类和叶菜类对光照强度要求较低。光照强度不足时，除光合作用强度降低外，还能影响叶子大小、薄厚、叶肉结构、节间长短、茎的粗细等植物形态的变化，影响植株生长发育状况、产量和品质。协调控制光照强度，能够使植物净光合作用最大，光能利用率最高。

在光质方面：植物在进行光合作用时，叶绿素吸收光谱最强的区域在波长为600~700nm的红光波段和420~470nm的蓝光波段，即植物光合作用在蓝光和红光波段的光量子效率最高。除了影响光合作用速率，白光、红光、黄光、蓝光、绿光等不同光质对植物的生长发育有不同的调控作用，影响植物叶绿体形成、光合色素合成、叶片气孔运动、叶片伸展、碳同化和根茎生长，影响可溶性蛋白质和糖类的生物合成，调控植物生理生化、碳水化合物代谢、蛋白质生成、总酚、花青素和抗坏血酸等次生代谢产物合成。例如，红光与远红光在植物的光形态建成方面有非常重要的作用，蓝光影响植物根系发育、茎秆伸长、向光性和激素平衡等。红蓝光的比例对植物硝酸盐、维生素C、花青素和可溶性蛋白等物质含量有重要影响。黄绿光的光合利用率低，但是对植物下部叶片生长有调节作用，能够缓解叶绿素降解、降低硝酸盐含量、显著提高抗坏血酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量等。

在光周期方面：光周期是影响植物生长发育及物质合成代谢的重要环境因子。自然条件下，植物体内物质代谢过程随昼夜交替而呈现周期性变化。植物体内硝酸还原酶活性受光周期的影响进而导致植物体内硝酸盐含量呈现光期降低和暗期积累的周期性变化。不同光照周期通过植物的隐花色素影响生物节律钟，调控种子萌发和幼苗发育，影响光合产物的生成、碳水化合物的积累和营养品质，调控植物开花时间。